CN1459013A - 管状绝热装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管状绝热装置(10；20；30)，包括一个抽真空的外壳，所述外壳由隔板制成，其中包含有无机的或者聚合的、不连续的或多孔的填充材料(13；23)，所述外壳包括一个内部管状件(11；21；31)和一个较大直径的外部管状件(12；22；32)，它们以同轴形式一个位于另一个内部设置，并且在它们的圆周边缘相互密封。所述外部管状件(12；22；32)的圆周边缘通过两个凸片(17，17’；25，25’；35，35’)装配到所述内部管状件(11；21；31)的圆周边缘。本发明还涉及用于制造所述隔热装置的方法。

Description

管状绝热装置及其制造方法

本发明涉及一种用于绝热的管状装置，特别是一种真空管状绝热装置及其制造方法。

公知的真空绝热装置是平板型的，它越来越多地应用于需要对基本上呈平行六面体的物体进行绝热的所有领域。家用冰箱的壁以及用于诸如药品或冷藏或冷冻食品等的饮料出售机或等温运送容器等的工业用制冷器的壁都是这种板的应用实例。这些板在建筑领域或者汽车工业中的应用也是研究的对象。

如公知的那样，真空板由一个外壳构成，其中提供有处于真空下的填充材料。外壳的目的是防止(或者尽可能地减少)大气进入板内，以保持与所述应用条件下需要的绝热程度相适应的真空度。为此，外壳用所谓的“隔板”制成，其特征是尽可能地减小气体渗透性，这种隔板可用单一部件构成，但通常是由不同部件组成的多层体构成。在多层的情况下，“隔离”效果由一层部件提供，而其他的层通常具有机械支撑或者保护隔离层的作用。

填充材料的主要功能是当在板的内部抽真空后，将外壳的两个相对面分离，并且填充材料必须具有多孔或不连续的内部结构，使其孔洞或间隙能被抽成真空以实现绝热功能。这种材料可以是无机的，例如硅粉、玻璃纤维、气凝胶、硅藻土等；或者是有机的，例如板型或粉末型的聚氨酯或聚苯乙烯刚性泡沫等。由于板内少量空气气流的穿透作用是实际中不可避免的，所以这些板通常还包括一种或多种能够吸收这些气体的材料(通常指的是吸气材料)，从而将板内部的压力保持在期望的值。

但是，所述的绝热板并不适于弯曲，因此不能制成圆柱形或管形的绝热体，例如锅炉或者北极区域中用于运油的的管道，运输的油要保持在提炼温度下。

另一方面，迄今为止，都没有一种能够将圆柱体容纳在其空腔内以通过最佳的方式隔热的管形真空装置。实际上，制造具有管形结构的绝热装置具有一些困难，其中的主要困难在于具有高气密性的外壳结构。通常的构造方法是首先制成两个管形元件，这两个管形元件适于形成外壳的内壁和外壁(下文也称作内板和外板)，然后，在这些元件之间插入填充材料并抽真空之后，对所述元件的圆周边缘进行密封。但是，该方法适于制造平板，其中形成外壳的两块板具有相同的尺寸，但是它不能用于管状绝热装置的情况下。实际上，在这种情况下，所述装置的所述两个相对表面是同轴的圆柱面，其中，内部圆柱面相对于外部圆柱面来说具有明显小的圆周；因此，为了更好地粘接装置的内部和外部表面，两个内部和外部板也必需具有不同的圆周。但是，为了在装置的两个圆形底上实现密封，必需使该两块板在密封区域具有相同的圆周。为了解决这个问题，外壳应该制有内部板，其圆周应该与外部板圆周相同；但是，在这种情况下，内部板将不能很好地粘接到填充材料的内表面上，最终形成的、将比原有状况加倍有损的褶皱会造成隔离层(通常是厚度仅为几微米的铝层)的裂缝，从而削弱了阻挡气体渗透的特性，并且妨碍了将该装置粘贴到要被绝热的物体表面，从而降低了隔热效果。

为了制造管状绝热装置，另一个要解决的问题是找到一种为了在装置的圆形底部实现密封的方法。第一种可能方法是插入到制成热圆形元件的管状装置中，所述圆形元件的直径对应于内板的直径，并且在密封区域按压两个外形为“C”的加热部分，以形成所述热元件的阴模(counter-mould)；该方法的缺点是两个加热的“C”部分并不能在整个圆周上施加均匀的压力，使得在两个“C”形部分的连接区域内，外壳密封不具有良好的密封性。作为替换形式，也可以通过多个连续的点焊(或者近似点焊的焊接)来进行密封，但是这种方法的缺点是它需要很长的时间，因此并不具有工业实用性。

迄今为止，用于对圆柱或管状物体隔热的方法并不能解决制造管状绝热装置的问题，但是，通过提供能够弯曲或弯折以适应所述物体横向表面的特殊平板就能够基本上避免所述问题。

例如，英国公司ICI的专利申请PCT WO96/32605描述了一种用于弯曲板的方法，包括在抽真空步骤之前，在聚合物填充材料之中制造平行的凹槽，槽的宽度和深度正比于整个期望的弧度。然后，将绝热材料插入传统的外壳中，并且整个装置经历抽真空的步骤，使得平板沿着凹槽弯曲并形成最终的曲线形状。最后，对外壳密封。这一步骤具有的主要缺点是：制成的平板不能连续地覆盖要被隔热的整个弯曲表面，因此，该方法形成的绝热效果不是最佳的。另外，通过在抽真空步骤中将外壳粘接到填充材料上，外壳至少部分地插入槽内，因此它可能破裂从而永久地损害平板本身的隔热性能。

因此，本发明的目的是提供一种管状的抽真空的绝热装置。所述目的通过一个装置来实现，该装置主要特征限定在第一个权利要求中，其他特征限定在后续的权利要求中，并且可以根据具有权利要求9和11限定的主要特征、以及后续权利要求限定的附加特征的方法来制造该装置。

根据本发明所述的绝热装置的第一个优点是：分别形成外壳的内壁和外壁的内部管件和外部管件以良好的方式在它们的圆周边缘处相互密封并且不带褶皱。实际上，内部管件的圆周边缘完全粘接到外部管件的圆周边缘上，并且外部管件边缘的超出部分焊接在它们自身上，从而形成了两个凸片。在这种方式下，装置内部气体穿过密封处发生渗透的可能性最大限度地降低了。

根据本发明所述的绝热装置的另一个优点是：其内部没有褶皱，因此它能够很好地粘接到外部环绕有绝热装置的圆柱体上(例如油管)，从而使其达到最佳的绝热效果。

根据本发明的制造方法的一个优点是：通过利用成对的传统类型的直线型焊条进行热焊，就可能以简单和快捷的方式，同时进行内部和外部管件的圆周边缘的密封以及制成所述凸片。

对于本领域的技术人员来说，从下面参照附图对两个实施例的详细描述中，将更清楚地理解本发明所述的装置的其他优点和特征。

-图1表示了根据本发明第一实施例所述的绝热装置的立体图；

-图2表示了权利要求1所述的绝热装置的截面图；

-图3表示了图1所示绝热装置的前视图；

-图4表示了根据本发明第二实施例所述的绝热装置的立体图；

-图5表示了图4所示绝热装置的截面图；

-图6表示了图4所示绝热装置的前视图；

-图7表示了根据本发明第三实施例所述的绝热装置的立体图；

-图8表示了用于制造图7所示装置的方法的主要步骤；

-图9表示了可用于本发明所述方法中的填充材料的形状。

在第一方面，本发明涉及一种管状绝热装置。

在图1至图3中显示了一个对应于本发明第一实施例的管状绝热装置10。该绝热装置10包括一个公知的外壳，它由相互插入的一个内部管件11和一个外部管件12构成，在其中包围有无机的或聚合的、不连续的或多孔的填充材料13。根据该实施例，每一管件11和12都由多层隔板构成，所述隔板的两相对面由不同的材料制成，它们不能相互热焊接。例如，典型的多层隔板可以依次包括HDPE层、铝层和尼龙层；在该实施例中，焊接在一起的相对边缘将位于覆盖有HDPE的面上，它保证了相对于尼龙来说更稳定的焊接。因此，在内部管件11的情况下，所述覆盖有HDPE的面朝向外侧，在外部管件12的情况下，所述面朝向内侧。在这样制成的管件中，焊接区域形成了一个凸缘(如图1-3所示，在内部管件11的情况下，凸缘是元件14，在外部管件12的情况下，凸缘是元件15)。另外，如图3所示，内部管件11和外部管件12的圆周边缘的密封处位于覆盖有同一材料的表面之间。由于元件11和元件12之间形成密封，所以形成了两个环形凸缘16。在图3中，表示了所述焊接处是这样形成的，即两元件11和12的所述圆周边缘在它们连接的区域中完全粘接到一起，并在外部管件12的较宽圆周边缘上，通过将元件12的一小部分焊接在自身上，制成了两个在直径上相对的凸片17、17’；这两个凸片17、17’使元件12的尺寸与元件11的尺寸相适应。如下文参照本发明方法所详细描述的那样，通过用直线型焊条进行热焊，就能够以简单和快捷的方法制成圆周边缘的密封和形成凸片17、17’。

在图4至图6中表示了根据本发明另一实施例所述的管状装置20，它也包括一个外壳，其中插有绝热无机的或聚合的、不连续的或多孔的填充材料23。外壳包括相互插入并且在其圆周边缘焊接从而形成了两个圆周凸缘24的一个内部管件21和一个外部管件22。

如图5所示，在该实施例中，每一内部和外部管件21和22都通过滚压隔板直到两个相对边缘相互连接并且通过热焊将所述边缘焊接在一起而制成。但是，在该实施例中，焊接在一起的两个相对边缘位于隔板的相反侧面，使得密封处扁平并且不存在从管件的内部和外部伸出的凸缘。为了达到上述目的，就必需使每一隔板的两面都覆盖有能够相互热焊的材料层；这一条件最好通过用具有相同材料，例如HDPE制成的两面的隔板获得。

图6表示了在该例中，内部管件21和外部管件22的圆周边缘之间的密封也是下述形式的，即所述边缘完全相互粘接并且通过它们之间的连接处形成的圆周边缘24没有褶皱。两个在直径上相对的凸片25、25’制在外部管件22的每一圆周边缘上，以使其适应于内部管件21的圆周边缘。

同样，在该实施例中，如下所述，通过用直线型焊条进行热焊，同时制成了圆周边缘的密封和形成所述凸片25、25’。

最后，图7以立体图的形式表示了根据本发明第三种可能的管状装置30。在这种情况中，外壳由一个内部管件31制成，而所述管件31是根据装置20的形态制成的，即通过叠置多层隔板的相对表面的两个边缘而制成，而外部管件32是根据装置10的形态制成的，即通过叠置隔板的相同表面的两个边缘并形成一个外部凸缘33而制成的；另外，在这种情况中，还沿着圆周凸缘34提供了元件32并带有两个凸片35、35’，它们将元件32的尺寸减小到元件31的尺寸，从而使两元件能够良好的焊接。这种类型的装置30的优点是：没有形成朝向装置内侧的凸缘(诸如装置10中的凸缘14)，从而使装置与要绝热的物体间更好地接触，由此提高了绝热效果；另一方面，这种类型的设备30具有下述结构上的优点。

所有这些设备(10；20；30)都可以包含在本领域中公知类型的吸气材料或者装置，以用于及时地保持期望的真空度。

在第二方面，本发明涉及两种用于制造所述类型的管状装置10、20或30的可能方法。

第一种方法可用于制造下述管状装置，其中外壳的外部管状件带有朝向外侧的凸缘；上述装置10和30对应于这种类型。该方法的主要步骤示意性地显示在图8a-8c中，对其的描述将参照序号30表示的管状装置来进行，但应该理解到，同样的方法具有广泛地适应性。该方法包括内部管状件31的形成并准备好多层隔板80，隔板的类型是其两相对表面不能相互热焊。板80卷绕在元件31上，并将其两边缘81、81’面对面设置，但是并不在此步骤中进行形成凸缘33(图8a)的纵向焊接。由元件31和板80构成的该组件最终边缘是通过将它们插入两直线型的焊条82、82’之间形成的，如图8b所示；由于板80具有大于元件31的圆周，所以焊条82、82’之间的夹平部分是下述形式的，即在横向区域83、83’，板80并不与元件31接触，而是板80的内表面的两部分相互接触。为了防止在该步骤中元件31的两个面对的部分焊接到它们自身上面，可以在其间放置一块不可热焊的材料的板，例如铝板。在期望形成序号10表示的类型的装置中，如果朝向元件31内部的材料如尼龙不适于热焊，则最后一个步骤不是必需的。根据前述的操作步骤，通过采用直线型焊条，圆形凸缘34和区域83，83’中的凸片35、35’同时成型；结果是形成了最终外壳的中间产品，如图8c所示。在该步骤中，外壳仍带有开口84；通过使填充材料在元件31和板80之间滑动，就能穿过所述开口，在外壳中插入填充材料，其形状为两个半圆柱形的壳体90，如图9所示；该壳体可用例如刚性的聚氨酯泡沫制成。最后，将包含有填充材料的仍然敞开的外壳插入真空腔，对其内部抽真空并且通过使用直线型焊条将两个边缘81、81’热焊在一起，从而完成装置30。

在外壳是由那种不带朝外翻转的凸缘的外部管状件制成时，不能使用目前为止所述的方法。这种类型的装置在外壳的内部管状件中可带有凸缘，但是最好是序号20所示的类型，不带有这种凸缘；下面的描述将参照这种优选类型的装置进行。为了制成序号20所示类型的装置，提供了两个已加工的管状装置21和22(即，在两装置上具有已经制好的纵向焊接)；元件21插入元件22中，并且仅是该组件的一端插入到直线型焊条之间，从而仅在外壳凸缘24的一侧形成了凸片25。现在在外壳的仍旧敞开的一端，插入填充材料，在这种情况中，填充材料可具有完全中空的圆柱形形状。最后，在真空条件下用传统的方法在外壳的相反一端进行最后的焊接(例如，通过沿着要被焊接的圆周滑动两个焊接头来实现)。

在根据本发明所述的所有方法中，能够在最终的焊接步骤前在外壳内插入绝热材料或装置。

在本发明的范围内，本领域的技术人员可以对上述以及上面所描述的实施例进行可能的改变和补充。

Claims (13)

1.一种管状绝热装置(10；20；30)，包括一个抽真空的外壳，所述外壳由隔板制成，其中包含有无机的或者聚合的、不连续的或多孔的填充材料(13；23)，其特征在于，所述外壳包括一个内部管状件(11；21；31)和一个较大直径的外部管状件(12；22；32)，它们以同轴形式一个位于另一个内部设置，并且在它们的圆周边缘相互密封，所述外部管状件(12；22；32)的圆周边缘通过两个凸片(17，17’；25，25’；35，35’)装配到所述内部管状件(11；21；31)的圆周边缘。

2.根据前述权利要求所述的管状绝热装置，其特征在于，每一所述管状件(11，12；21，22；31，32)都由至少一个卷绕并且沿着两个相对的边缘焊接在自身上的隔板制成。

3.根据前述权利要求所述的管状绝热装置，其特征在于，形成所述管状件的隔板是多层板。

4.根据前述任一权利要求所述的管状绝热装置，其特征在于，焊接在一起的隔板的相对边缘位于所述隔板的同一表面上。

5.根据权利要求1至3任一项所述的管状绝热装置，其特征在于，焊接在一起的隔板的相对边缘位于所述隔板的相反表面上。

6.根据前述权利要求所述的管状绝热装置，其特征在于，所述隔板在相反表面上有可相互热焊的材料层。

7.根据前述任一权利要求所述的管状绝热装置，其特征在于，所述填充材料由具有敞开小孔的、刚性聚合泡沫的两个半圆柱形壳体(90)构成。

8.根据前述任一权利要求所述的管状绝热装置，其特征在于，它包括设置在内部管状件(11；21；31)和外部管状件(12；22；32)之间的吸气材料或装置。

9.一种用于制造管状绝热装置(10；30)的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

-从具有大致为矩形形状的隔板开始制成一个内部管状件(11；31)；

-通过将第二隔板的两个边缘(81，81’)面对面地设置，绕着所述元件并且与之同轴地卷绕第二隔板(80)；

-将由内部管状件(11；31)和板(80)构成的组件的端部插入成对的直线型焊条(82，82’)之间并在所述端部进行热焊接；

-通过第二板的所述边缘(81，81’)之间的开口(84)，将填充材料的两个半圆柱形壳体(90)插入所述第二板(80)和所述内部管状件(11；31)之间；

-在抽真空后的腔室内部，通过采用两个直线型焊条密封所述边缘(81，81’)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当内部管状件(31)是由其相对表面是可相互热焊的多层隔板制成时，在实施所述组件端部的热焊之前，在焊条(82，82’)处，一个不能热焊的材料的板插入到管状件(11；31)中。

11.一种用于制造管状绝热装置(20)的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

-通过将隔板的两个相对边缘相互焊接来从矩形的隔板开始制成一个内部管状件；

-通过将位于所述板的相对表面上的两个相对边缘相互焊接来从矩形的隔板开始制成一个外部管状件(22)；

-将所述内部管状件插入所述外部管状件中；

-将由所述管件构成的组件的第一端插入直线型焊条之间并在所述第一端进行热焊；

-在所述元件的第二端，通过开口将填充材料插入所述管状件之间；

-在抽真空的腔室内部，通过传统方法借助热焊对所述第二端密封。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当内部管状件(21)是由其相对表面是可相互热焊的多层隔板制成时，在实施所述管状件制成的组件的所述第一端热焊之前，在焊条处，不能热焊的材料板插入到内部管状件中。

13.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在最后的密封操作之前，将吸气材料或装置插入外壳内。

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